Netzwerkanalyse erklärt
Ein Netz von Subunternehmern und Lieferanten: Wer ist zentral, wer vermittelt zwischen Gruppen, wo kippt eine Nachricht in einen Ausbruch, und wer bestimmt am Ende, was alle glauben? Diese Linie stellt die Fragen an ein Netz, die über Wege und Flüsse hinausgehen: Was verrät die Struktur, wie breitet sich etwas auf ihr aus, und was geschieht, wenn sich die Betriebe angleichen oder umziehen? Jedes Stück misst eine bekannte Vermutung nach, statt sie vorauszusetzen, und mehrfach hält sie nicht: Die Kernzahl sagt die Ausbreitung an Modellnetzen meist nicht besser voraus als der Grad, ein Brückenknoten ist meist kein Makler, und ein statisches Aggregat überschätzt, wie weit eine Nachricht kommt.
Die Linie hat drei Stränge: Struktur (Kernzahl, Gemeinschaften, Makler, fehlende Kanten), Ausbreitung (Einfluss, Schwellen, Eindämmung, Quellensuche, Kontaktfolgen) und Anpassung (Meinungen, Übernehmen, begrenztes Vertrauen, Standortwahl). Alle Ergebnisse sind Modellbefunde über erzeugte Netze, keine Aussagen über die Wirklichkeit; Meinung und Standort sind abstrakte Einschätzungswerte und Betriebstypen, keine Bevölkerung.
In short: Interactive demos on network analysis: core decomposition, community detection, brokerage, link prediction, influence maximization, complex contagion, immunization, source detection, opinion dynamics, Schelling segregation and temporal networks.
Hintergrund zum Thema: Netzwerkdesign.
Diese Seite gehört zu Algorithmen und Verfahren erklärt. So lesen Sie sie: Das Diagramm zeigt, wie die Stücke zusammenhängen. Jede Kachel darunter öffnet eine interaktive Demo, wo es eine gibt, mit einer Erklärseite für Einsteiger und Fachleute. Auf der Suche nach einer Lösung für ein konkretes Problem? Zu den Interaktiven Demos.
Hinweis: Alle Demos rechnen mit synthetischen oder frei verfügbaren Beispieldaten und laufen auf einem externen Anbieter (Datenschutz). Bitte geben Sie darin keine vertraulichen oder personenbezogenen Daten ein. Die Ergebnisse gelten für die jeweilige Demo-Instanz und lassen sich nicht ungeprüft auf reale Fälle übertragen; für darauf gestützte Entscheidungen übernehme ich keine Gewähr.
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Zum Nachlesen: erst einfach, dann fachlich
Schelling-Segregation verständlich erklärt
Warum schon eine milde Vorliebe einzelner Betriebe für gleichartige Nachbarn ein Gewerbegebiet stark entmischen kann und wann die Umzüge nicht zur Ruhe kommen: erst für Einsteiger ohne Formeln, dann für Fachleute mit Modell, Formeln und Messwerten.
Die 13 Stücke im Überblick
Die Linie hat drei Stränge. Im Struktur-Strang stehen drei Wurzeln: die Kernzahl, das Blockmodell (die Fortsetzung der Leiden-Demo) und die strukturellen Löcher (die Lesart der Brücken); die Link-Prediction führt Blockmodell und Löcher zusammen.
Der Ausbreitungs-Strang beginnt mit der Einflussmaximierung. Die komplexe Ansteckung ergänzt die Schwelle, die Eindämmung kehrt das Ziel um, die Quellensuche die Richtung, und die zeitlichen Netze legen die Zeit in das Netz. Der Anpassungs-Strang beginnt mit der Meinungsbildung (Mitteln); daneben stehen das Voter-Modell (Übernehmen) und das begrenzte Vertrauen (nur nahe Meinungen), und die Schelling-Demo lässt die Betriebe ihren Standort wechseln.
Die Kästen sind klickbar und öffnen die jeweilige Demo direkt.
- behebt eine Schwäche des Vorgängers oder baut darauf auf
- Gegenstück: derselbe Zweck, andere Bauweise (kein Fix)
- übernimmt nur eine Idee
- Zusammenfluss mehrerer Stränge
- Baustein aus einer anderen Linie
Der gestrichelte Doppelpfeil ist ein Kontrast (gleiche Aufgabe, anderes Ziel oder andere Regel), gepunktete Pfeile übernehmen nur eine Idee, graue gestrichelte Knoten sind Bausteine aus anderen Linien. Die Stücke lassen sich in beliebiger Reihenfolge lesen, ein Pfeil ist keine vorgeschriebene Reihenfolge.
Verwandt in anderen Linien
- Graphen und Netzwerke — Die Zentralität, die Brücken und die SIR-Regel der Kaskaden-Demo sind die Bausteine dieser Linie: aus den Maßen werden in der Einflussmaximierung Auswahlregeln für die ersten Starter, aus den Brücken werden in den strukturellen Löchern Makler, und die Ausbreitung steckt in Eindämmung, Quellensuche und zeitlichen Netzen.
- Clustering — Leiden optimiert die Modularität und liefert immer eine Zerlegung (Leiden-Demo); die Blockmodell-Demo fragt, ob dahinter eine Gemeinschaft steckt, und vergleicht die Modularität mit einem Blockmodell, das die Einteilung aus den Kanten schätzt. Die Schelling-Demo prüft, ob eine Gemeinschaftserkennung die entstandene Entmischung findet: sie findet räumliche Blöcke, nicht die Betriebstypen.
- Graph Neural Networks — Die GCN-Demo und ihre Nachfolger nutzen die Nachbarschaft als Signal. Die Link-Prediction-Demo misst ohne lernende Verfahren, wie viel die Struktur über fehlende Kanten verrät (ob GNN-Verfahren die einfachen Maße schlagen, ist dort nicht gemessen), und die Schelling-Demo zeigt, wie ähnliche Nachbarn erst durch Umzüge entstehen.
- Kürzeste Wege — Die zeitabhängige Dijkstra-Demo (Kantenkosten hängen von der Uhrzeit ab) und RAPTOR (Fahrplan) rechnen kürzeste Wege in der Zeit. In den zeitlichen Netzen ist die Kontaktfolge selbst das Objekt: erreichbar ist, wer über Kontakte mit wachsenden Zeitmarken erreicht wird, und solche Wege sind nicht transitiv.
- Netzwerkfluss — Die Zeitfluss-Demo rechnet einen Fluss über die Zeit im zeitexpandierten Netz. Die Demo zu zeitlichen Netzen nutzt dieselbe Zeitexpansion nur als Gegenprobe: die früheste Ankunft in einem Durchlauf über die sortierten Kontakte stimmt mit der Breitensuche im zeitexpandierten Graphen überein.
- Wiederholte Spiele — Auch hier gleichen sich Betriebe an: in der Demo zur Kooperation in Netzen imitieren sie den erfolgreichsten Nachbarn und zählen Auszahlungen. In der Meinungsbildung mitteln sie ihre Einschätzung, im Voter-Modell übernehmen sie zufällig das Verfahren eines Partners, ohne dass es um Auszahlungen geht.
- Härte und Struktur — Die Demo zur größten Clique nutzt die Kernzahl nur als Werkzeug (Beschneidung, Startordnung). Die k-Core-Demo macht sie zum Thema und prüft, dass die Cliquenzahl höchstens die Degeneracy plus 1 ist.
- Netzmodelle — Die Netzmotive der Linie Netzmodelle zählen Dreiecke und Vierzyklen gegen zwei Nullmodelle, und die Modellwahl ordnet ein Netz sechs Modellfamilien zu, darunter dem Blockmodell der Blockmodell-Demo: Beim Karateclub und bei Les Misérables nennt der Klassifikator eine Familie, doch kein Modell besteht die Prüfung.
- Abstimmen und Fair Teilen — Die Liquid Democracy der Linie Abstimmen und Fair Teilen reicht Stimmen im Netz weiter und misst, wann sich Gewicht bei wenigen sammelt; die Meinungsbildung dieser Linie zeigt, wie sich Meinungen im Netz angleichen.
k-Core: Kernzahl und Schälen
Verfolgen Sie, wie man ein Netz schält: Wer weniger als k Partner hat, scheidet aus; die Kernzahl eines Betriebs ist die letzte Runde, die er übersteht. Die Demo schält erzeugte Netze und das Link-Netz dieser Website. Der Haken: Dass die Kernzahl die Ausbreitung besser vorhersagt als der Grad, gilt in Modellnetzen kaum; nur im gebauten Hubs-Netz liegt sie vorn, sonst gewinnen Grad, Nähe oder Betweenness.
Demo starten →Blockmodell: wann ist eine Gemeinschaft real?
Sehen Sie, wann hinter einer Aufteilung des Netzes eine echte Gemeinschaft steckt: Die Modularität tritt gegen ein Blockmodell mit Belief Propagation an, gemessen an einer geplanten Einteilung. Der Haken: Unterhalb der Erkennbarkeitsgrenze ist theoretisch nichts zu finden, und die beste Zerlegung erreicht bei 600 Knoten und mittlerem Grad 3 im Median 0,64 Modularität ohne Gemeinschaft.
Demo starten →Strukturelle Löcher: ist ein Makler mehr als ein Hub?
Verfolgen Sie, wer in einem Netz zwischen Gruppen vermittelt, die einander sonst nicht kennen, und rechnen Sie Burts Constraint am Ego-Netz Schritt für Schritt nach. Die Demo stellt es Grad, Betweenness und Brücken gegenüber. Der Haken: In den meisten Modellnetzen ist das Constraint fast ein Gradmaß, und bei Grad 3 führen die meisten Brücken nur zu Blättern; den Makler im Handbeispiel findet die Betweenness.
Demo starten →Link-Prediction: wie viel verrät die Struktur?
Sehen Sie, wie gut Nähemaße versteckte Verbindungen wiederfinden und wie sehr das Ergebnis am Protokoll hängt: leichte oder schwere Negativbeispiele, Zufalls- oder Zeitaufteilung. Der Haken: Dieselben Maße erreichen je nach Netz und Protokoll 0,05 bis 0,96; im Gitter ohne Dreiecke hat Katz AUC 0,95 und Precision@k 0,000, weil rund 800 Nichtkanten davor stehen.
Demo starten →Einflussmaximierung: wen informiert man zuerst?
Verfolgen Sie, wen man zuerst informiert, damit eine Nachricht möglichst viele Betriebe erreicht: Greedy zählt die Überlappung der Reichweiten mit, einfache Regeln wählen Knoten mit überlappender Reichweite. Die Demo stellt Greedy den einfachen Auswahlregeln gegenüber. Der Haken: Bei zehn Startern und 15 % Ausbreitung liegt die Gradregel nur in 3 von 7 Netztypen bei mindestens 95 % von Greedy; die Nähe fällt im Gitter und im Ring weit zurück.
Demo starten →Komplexe Ansteckung: wann reicht ein Kontakt?
Sehen Sie, wann ein einziger Kontakt nicht genügt: Ein Betrieb übernimmt ein Verfahren erst, wenn mindestens r seiner Partner es getan haben. Die Demo stellt diese Schwelle der einfachen Ansteckung gegenüber. Der Haken: Es zählt die Breite der Verbindungen, nicht die Kantenzahl; Abkürzungen im Ring helfen zunächst, füllen bei r gleich 2 und 30 % das Netz nur in 42,5 % der Läufe.
Demo starten →Eindämmung: wie viel Wissen braucht man?
Verfolgen Sie, wie viel Wissen über das Netz eine Impfstrategie braucht, bevor ein Befall ausbricht: Zufall, zufällige Bekannte, Partner mit den meisten Partnern oder der höchste Grad. Der Haken: Wissen lohnt am stärksten bei stark schwankendem Grad (skalenfrei, 10 % Impfanteil, Ausbreitungsstärke 30 %: 1,1 % statt 20,8 % Ausbruchsgröße); im Gitter ist die Betweenness bei 250 Betrieben schlechter als Zufall.
Demo starten →Quellensuche: wo hat der Befall angefangen?
Sehen Sie, ob man aus der Menge der Befallenen die Quelle erraten kann: Rumor Centrality, Distanzzentralität, Jordan-Zentrum und Zufall treten an. Der Haken ist ein Grenzenbefund: Auf der Linie fällt die Trefferquote der Rumor Centrality von 25,7 % bei 10 auf 6,2 % bei 200 Befallenen, und im Zufallsnetz mit 250 Knoten sinkt sie mit mehr Befallenen.
Demo starten →Meinungsbildung: wer bestimmt das Ergebnis?
Verfolgen Sie, wo ein Netz landet, wenn jeder Betrieb seine Einschätzung mit der seiner Partner mittelt, und wer den Wert bestimmt: Der Konsens ist ein mit dem Grad gewichteter Mittelwert. Verglichen wird DeGroot mit Sturheit. Der Haken: Im Potenzgesetz-Netz zählt der Konsens je nach Netz wie 50 bis 130 unabhängige Köpfe, und 5 % Sturheit lassen 7 bis 13 % der Streuung stehen.
Demo starten →Voter-Modell: wer gewinnt?
Sehen Sie, wer gewinnt, wenn Betriebe nicht mitteln, sondern das Verfahren eines zufälligen Partners übernehmen: Das Netz endet sicher im Konsens, der Gewinner ist ein Zufallsergebnis mit bekannten Chancen. Der Haken: Die Aktualisierungsregel ändert die Gewinnchance. Beginnen nur die zehn Hubs mit dem neuen Verfahren, gewinnt es im Potenzgesetz-Netz mit 32,6 % (Knotenregel), aber mit 2,6 % (Invasionsregel).
Demo starten →Begrenztes Vertrauen: Lager und Splitter
Verfolgen Sie, wie viele Lager bleiben, wenn Betriebe nur auf Partner mit ähnlicher Meinung hören. Im vollständigen Graphen ist die Lagerzahl im Median eine Treppe im Radius. Der Haken: Im dünnen Netz bleiben bei kleinem Radius fast nur Splitter, ab ε ≈ 0,2 ein großer Block; die Reihenfolge der Meinungen bleibt nur im vollständigen Graphen erhalten, und der Konsens kehrt bei sinkendem Radius im Beispiel mit gleichabständigem Start zurück.
Demo starten →Schelling-Segregation: Standortwahl im Gewerbegebiet
Sehen Sie, wie stark ein Gewerbegebiet entmischt, wenn jeder Betrieb mindestens 30 % gleichartige Nachbarn will: Im Gitter mit 90 % belegten Flächen steigt ihr Anteil von 49,7 % auf 75,6 %. Der Haken: Ob die Umzüge zur Ruhe kommen, hängt an der Zugregel; wer nur auf zufriedenstellende Flächen zieht, blockiert bei hoher Schwelle, wer auf beliebige freie Flächen zieht, endet bei 70 % noch, nach sehr vielen Zügen.
Verständlich erklärt: erst für Einsteiger, dann für Fachleute
Demo starten →Zeitliche Netze: die Reihenfolge der Kontakte
Verfolgen Sie, wie weit eine Nachricht kommt, wenn Verbindungen nur zeitweise da sind und nur Kontakte mit wachsender Zeitmarke zählen. Der Haken: Im Zufallsnetz hängt das Aggregat aller Kontakte zu 96,1 % zusammen, doch bei einem Kontakt je Verbindung erreicht ein Betrieb nur etwa 18 bis 19 %; bei SI-Ausbreitung und vier Kontakten je Verbindung sagt die Aggregat-Rechnung um 89 % voraus, die Kontaktfolge schafft nur etwa ein Fünftel.
Demo starten →Welches Stück passt zu meiner Frage?
Ein Entscheidungsbaum über alle dreizehn Stücke, entlang der Frage, was man über das Netz wissen will: welche Betriebe im Kern liegen, ob eine Gemeinschaft real ist, wer vermittelt, welche Verbindungen fehlen, wie sich etwas ausbreitet oder wie sich die Betriebe angleichen.
Welches Stück passt zu meiner Frage?
Beige Kästen sind Fragen (nicht klickbar), weiße Kästen sind Ergebnisse (klickbar, sie öffnen die jeweilige Demo). Was der Baum nicht zeigt: Die Antworten gelten für die erzeugten Netze, das Link-Netz dieser Website und die Modellannahmen der Demos, nicht für jedes Netz. Dass die Kernzahl die Ausbreitung besser vorhersagt als der Grad, bestätigt sich an diesen Modellnetzen nur teilweise (Stück 1), und die Aggregat-Rechnung für die Ausbreitung überschätzt, wenn die Reihenfolge der Kontakte zählt (Stück 13).
Weitere Linien in diesem Bereich
Kürzeste Wege
Wie findet man die beste Route? Zwölf Verfahren von der Breitensuche bis zur Fahrplanauskunft, jedes mit seiner gemessenen Grenze.
Spannbäume
Wie verbindet man alle Standorte mit möglichst wenig Leitung? Elf Stücke vom billigsten Baum über Richtung, Kapazität und Zwischenknoten bis zum Zufallsbaum.
Netzwerkfluss
Wie viel geht durch ein Netz, was kostet es, und was ändert sich, wenn Güter sich Kanten teilen, der Ausbau selbst Entscheidung ist oder die Zeit mitzählt? Neunzehn Stücke von Edmonds-Karp bis zum Fluss über die Zeit.
Schnitte und Zusammenhang
Wie robust hängt ein Netz zusammen, und wie teilt man es in Teile? Acht Stücke über Engstellen, kleinste Schnitte, getrennte Terminals, fehlende Leitungen, ausgewogene Hälften und zusammenhängende Gebiete.
Matching-Algorithmen
Wer wird womit gepaart? 13 Verfahren von der billigsten Kante zuerst bis zum Nierentausch unter medizinischen Zwängen, jedes mit seiner gemessenen Grenze.
Graphen und Netzwerke
Wie durchmustert man ein Netz, welche Kante ist kritisch, wie wichtig ist ein Knoten, und wie verwundbar ist das Ganze? Dreizehn Stücke von BFS/DFS über die interne Verlinkung einer echten Website bis zur eigenen Forschung über Bandbreite.
Härte und Struktur
Welche Sendungen dürfen zusammen fahren? Acht Stücke über Cliquen, Überdeckungen und Baumweite: was Struktur auf einem Konfliktgraphen leicht macht und wo sie nicht reicht.
Ordnung und Abhängigkeit
Ist ein Plan einhaltbar? Neun Stücke über Kreise, kritische Pfade, Ketten und Reihenfolgen: was Abhängigkeiten zwischen Aufgaben bedeuten und wo die Rechnung teuer wird.
Planarität und Zeichnen
Lässt sich ein Netz ohne Überkreuzung zeichnen, und was folgt daraus? Neun Stücke über Färben, Trennen, Zeichnen, Flüsse als kürzeste Wege, Näherung, Zählen und fast planare Netze.
Netzmodelle
Welches Zufallsmodell erzeugt welche Eigenschaft eines Netzes, wie prüft man ein Netz gegen ein Modell, und was geschieht, wenn keines passt? Neun Stücke vom Zufallsgraphen bis zur Modellwahl.